干货分享|3D打印钨及钨基合金！

钨及钨基的概述：

        随着3D打印的蓬勃发展，研究人员对3D打印用材料进行深入研究。钨作为难熔金属，在3D打印技术受到限制，且3D打印专用的难熔金属原材料较少，目前该技术还处于发展初期。

钨作为一种重要的难熔金属材料，具有高熔点和沸点、高硬度、低膨胀系数、低蒸气压等特点，在航空航天、电子、化工、核工业及其他极端环境领域有着重要作用。然而由于钨有较高的熔点和低温脆性，使其很难使用通常的铸造和机加工法制备。一般大部分采用钨材料零件用粉末冶金结合热加工的方法制备，但常规烧结态钨产品因存在密度低、强度低、塑料性差和杂质行亮难以控制等缺点，应用范围受到很大的限制，在实际应用中，无材料零部件的结构往往也比较复杂，通常有曲面、弯曲管道、孔和槽等特征，传统粉末冶金技术难以实现。所以，在钨及钨基合金的成形中，逐渐开始引入3D打印技术来克服传统成形方法的不足。目前3D打印钨及钨基合金的研究报道较少，大多是基于以激光为能量源的3D打印技术，包括：激光选区熔化成形技术、激光立体成形技术等，研究内容主要包括成形致密化过程、裂纹控制、组织及性能调控等几个方面。由于3D打印过程中纯钨材料和W-Ni-Fe、W-Ni-Cu、W-Cu等钨基材料的致密化过程完全不一样，纯钨材料的致密化成形主要利用高能束流将钨完全熔化，而钨基合金材料的形成主要是利用低熔点熔化形成黏结相，将钨颗粒黏结，致密化过程类似于传统粉末冶金过程中的液相烧结。

3D打印钨及钨基合金的应用：

       虽然目前3D打印钨及钨基合金在致密度、性能上仍有很大的提升空间，但在一些对材料性能要求较低的应用领域有目前已经具备了开始使用3D打印纯钨零件的条件。某国的大学基于X射线透视设备用准直器的多孔结构，开展了孔径约为500μm、具有锥形孔结构的精确成形，孔径位置的平均偏差可控制在5μm。

       某公司旗下企业，医疗成像零部件制造商Smit Rontgen已经实现了3D打印钨基材料的商业化应用。利用激光选区熔化技术制备了纯钨针孔准直器及用于X射线透视设备如CT/PET/SPECT上的高精度钨零部件，给准直孔径角和一些复杂形状带来极大的制造自由度。如下图所示。同时，该公司也开始设计并生产工业用的零部件，精确高效地制造出高度复杂的凹面或支撑部件。

       研究中基本都是利用SLM技术开展的钨基材料研究。实际上选区熔化方法中的另一种重要手段，电子束选区熔化(SEBM)技术，使用电子束能量源熔化钨材料在熔化能量、应力控制等方面具有独特优势。西北有色金属研究院开展了纯钨材料的成形研究工作，目前成形样品致密度可达99%以上。

​

随着研究的发展，未来钨及钨基合金在3D打印技术上越来越广泛。